CN107753242A - 一种缓解腕关节痉挛的镜像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，包括计算机、两个机器人、最小控制系统、两个惯性运动单元（inertia motion unit,IMU）测量系统、反馈模块；所述两个机器人，健侧机器人和患侧机器人，各个机器人包括支撑结构、传动装置、圆柱形手柄、螺纹柱、开发板、电源模块、扭矩传感器、扭矩信号转化模块、电机、电机驱动模块，该装置通过IMU采集健侧手腕的运动信息，控制患侧腕部镜像健侧运动，机器人的圆柱形手柄，一端以及中部各有一个螺纹孔，与机器人的螺纹柱相配合，手柄与螺纹柱的连接方式，决定了腕部的屈伸或者展收训练，镜像训练有助于患者的功能性恢复，具有良好的应用前景和意义。
Description
技术领域
本发明涉及偏瘫患者的医疗康复领域，特别涉及一种缓解腕关节痉挛的镜像装置。
背景技术
脑卒中是我国第二大致死病因，第一大致残病因。近80%脑卒中存活者会发生肢体残疾，其中以上肢问题影响更为剧烈。腕关节痉挛是目前脑卒中患者遇到的棘手的难题之一，痉挛是上运动神经元病损后，由于脊髓和脑干反射亢进而出现的肌张力异常增高的症候群，严重影响了患者的运动功能和日常生活活动能力。在上肢康复机器人的临床研究中,发现针对上肢末端关节（腕、手）的康复训练能促进近端关节（肩、肘）的康复,并且能使康复训练效果更好地转移到患者的日常生活中，因此设计针对缓解腕关节痉挛的装置尤为重要。
目前，针对腕关节训练的装置较少，特别是镜像装置，双侧镜像训练对于双侧半球有正面影响,非常有利于患者康复。然而,现有康复系统一般是带动患者患侧单侧运动，不能充分利用健侧的运动功能，不能很好的缓解腕关节的痉挛状态；现有的镜像装置，没有使用肌电反馈模块，不能很好的了解患者的肌肉信息以及痉挛状态，不能针对肌肉的状态进行适当的训练。
因此，本发明针对现有腕关节训练装置的不足，提供一种适用于脑卒中患者腕关节训练的镜像装置，缓解脑卒中患者的腕关节痉挛状态，调动患者的健康侧肢体的功能，协助患侧进行康复训练。
发明内容
本发明采用了主控芯片对镜像装置的整体进行控制，使用惯性运动单元（inertiamotion unit, IMU）测量系统对腕关节的运动数据进行采集，将采集到的腕关节的运动数据传输到MCU，使用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）技术对电机进行控制，继而控制机器人带动腕关节运动，使用扭矩传感器测量电机的扭矩，如果电机的扭矩超过预设值，计算机控制电机，使其立即停止转动，以保证患者的安全；使用肌电信号采集装置接收患侧肢体的信号，数据采集盒将采集到的信号发送给计算机，如果计算机检测的信号为肌肉疲劳或痉挛状态，计算机立即停止电机转动，停止对腕关节的康复训练，以避免损伤患者。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，包括计算机、两个机器人、最小控制系统、两个惯性运动单元（inertia motion unit, IMU）测量系统、反馈模块,其特征在于：所述两个机器人，健侧机器人和患侧机器人，各个机器人包括支撑结构、传动装置、圆柱形手柄、螺纹柱、开发板、电源模块、扭矩传感器、扭矩信号转化模块、电机、电机驱动模块，其中支撑结构有两层，第一层为放置患者上肢的支撑板，第二层为一个不锈钢平台，其中支撑板有一个弧形通孔，所述传动装置由同步带、同步带轮、转轴、刚性平板组成，所述圆柱形手柄与机器人是可分离的，手柄的一端以及中部有螺纹孔，该螺纹孔是与机器人的螺纹柱相配合的，所述扭矩传感器与电机通过联轴器连接，所述最小控制系统置于患侧机器人的开发板上，该最小控制系统包括：单片机、陀螺仪模块、控制程序，计算机与最小控制系统通过RS485进行通信，所述IMU由3D加速度计，陀螺仪，磁力计和A/D转换器组成，置于机器人手柄的外围套筒里，所述反馈模块通过SPI与最小控制系统进行通信。
所述的电机为直流电机。
所述的最小控制系统采用微控制单元（Microcontroller Unit, MCU）芯片。
所述的电机驱动型号为L298P，采用拥有直接驱动的直流电机驱动，具有PWM调速模式和PLL锁相环模式，使用跳线切换，驱动管脚D4,D5,D16,D17用来直接驱动电机，此次采用的电机驱动模块大小是55*55mm。
所述扭矩传感器型号为CYT-302动态扭矩传感器，是在应变桥专有的技术基础上研制开发的，专门用于测量转矩、转速参数的旋转测量。此传感器输出为频率信号或4-20mA电流信号，抗干扰能力强，使用方便。
所述的手柄外围套筒材质为橡胶材质。
所述机器人的手柄可以有垂直、水平两个方向的连接，用来训练腕关节做屈/伸、展/收运动。
一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，置于健侧机器人处的IMU测量系统，采集健侧腕关节的运动数据，通过连接总线、连接板将采集到的数据发送至MCU，MCU通过RS485与计算机进行通信，将采集到的数据值在计算机上显示，同时，MCU通过PWM技术经过电机驱动控制电机转动。
所述IMU测量系统，采集腕关节的运动数据为角度、速度、加速度和位置信息。
所述电机控制主动轮，电机转动时带动主动轮运动，经由传送带带动从动轮转动，从动轮的连杆机构带动螺纹柱运动，从而带动患侧腕部运动。
所述的健侧机器人有两种训练模式：模式一，电机带动健侧腕关节被动运动；模式二，健侧腕关节主动运动。
所述扭矩传感器测量电机的扭矩，通过联轴器将扭矩传感器连接于电机轴，扭矩传感器通过扭矩信号放大模块将电压电流信号输出，通过RS485通讯接口直接与计算机联网通信。实时显示扭矩大小，以显示患者可接受的电机扭矩大小。
所述控制患侧手腕运动的前臂屈指肌连接肌电采集器的一端，用于采集患侧腕部运动的肌电信号，用于检测疲劳度。
所述肌电采集器的另一端通过SPI传输给MCU,继而传输给计算机。
所述肌电采集器包括依次连接的肌电电极、信号放大器和数据采集盒，其中所述肌电电极连接到患侧肢体,用于接收患侧肢体的肌肉疲劳和痉挛信息,并将患侧肢体的信号发送到信号放大器,信号放大器将处理后的信号发送到数据采集盒,数据采集盒将采集到的信号通过SPI传输给MCU，由MCU控制电机模块，当检测到患者患侧肢体的肌肉疲劳和痉挛信息时，立刻停止腕关节康复训练，以避免损伤患者。
]采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：（1）本发明采用两个机器人对患者的腕关节进行镜像训练，健侧腕关节主动或被动训练，患侧腕关节由患侧机器人带动进行训练。
（2）本发明可通过置于机器人手部支撑器的IMU测量系统，得到患者双侧肢体的运动轨迹，由双侧肢运动轨迹的对比，可以有效评估患侧腕关节的康复情况。
（3）本发明通过反馈模块，可以及时了解患者的腕部痉挛情况以及肌肉疲劳信息，实时对患者的训练强度进行调节。
（4）本发明基于镜像运动康复理论，进一步提高患者的康复效果，缩短康复周期。
附图说明
图1为机器人的机械设计图。
图2为控制系统的结构框图。
图3肌电信号采集装置的原理框图 。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。
参照图1，一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，包括计算机、两个机器人、最小控制系统、两个惯性运动单元（inertia motion unit, IMU）测量系统、反馈模块，其特征在于：所述两个机器人，健侧机器人和患侧机器人，各个机器人包括支撑结构1、传动装置2、扭矩传感器和扭矩信号转换模块3、电机4、螺纹柱5、圆柱形手柄6、开发板、电源模块、电机驱动模块。此图只给出一侧的机器人装置，另外一侧的装置参照图1，两个机器人为完全相同的两个装置，以下的描述只提供一侧的概况。
参照图1所述支撑结构1有两层，第一层为放置患者上肢的支撑板，大小为60cm*40cm*3cm，材质为木质材质，即图中的12，在支撑板上有固定前臂的夹板13，第二层为一个平台，大小为40cm*30cm*2cm，材质为不锈钢，图中未画出，该平台放置传动装置、电源模块以及开发板，其中支撑板有一个弧形通孔，螺纹柱与传动装置的转轴相连接，穿过弧形通孔，露在支撑板上部，该弧形通孔的内圆是以转轴为中心，以普通人手心到腕关节的平均距离为半径所制，内圆半径为6cm，外圆半径为9cm，该弧形通孔的中心距离支撑板的a边30cm，距离b边20cm。
参照图1所述传动装置2由同步带7、同步带轮8、转轴9、不锈钢平板组成，其中两个同步带轮8的型号为L（英制梯形齿），小轮规格选择28L，大轮的规格选择40L，同步带7材质为橡胶材质，是梯形齿形，型号选择为L号，同步带轮、转轴均为不锈钢材质。
参照图1所述传动装置与支撑结构的第二层平台固定，将传动装置的刚性平板制作四个通孔，通过螺钉与将两者固定，根据国家标准，选择螺纹规格为M12的内六角沉头螺钉，长度根据支撑结构平台以及传动装置的平板的厚度决定。
参照图1所述圆柱形手柄6与机器人是可分离的，手柄的一端以及中部有螺纹孔11，该螺纹孔11是与机器人的螺纹柱5相配合的，根据国家标准，选择公称直径第二系列的直径为2.0cm的螺纹柱，长度为8cm，螺纹孔11为精装配直径为2.1cm，圆柱形手柄直径为3cm，高度为15cm。
参照图1所述扭矩传感器3与电机4通过联轴器连接，继而通过另一个联轴器将扭矩传感器与传动装置相连接，扭矩传感器通过扭矩信号放大模块将电压电流信号输出，通过RS485通讯接口直接与计算机联网通信。
参照图1所述最小控制系统置于患侧机器人的开发板上，该最小控制系统包括：单片机、陀螺仪模块、控制程序，其中主控芯片使用微控制单元MCU芯片，该芯片与计算机通过RS485进行通信。
参照图1所述IMU由3D加速度计，陀螺仪，磁力计和A/D转换器组成，置于机器人手柄的外围套筒里，其中手柄外围套筒材质为橡胶材质。
参照图1所述的反馈模块为表面肌电采集器10，将肌电采集器的肌电电极连接到患侧肢体，用于接收患侧肢体的肌肉疲劳和痉挛信息。在训练过程中，肌电采集器的一端连接控制患侧手腕运动的前臂屈指肌，另一端将采集到的信号通过SPI传输给MCU，继而传输到计算机。
参照图1，本发明的一种缓解腕关节痉挛的镜像装置有两种训练模式，主要体现在健侧机器人部分，一种是双侧机器人同时带动健侧和患侧运动，另一种是在采集健侧运动信息后，再根据采集的数据控制患侧机器人带动患肢进行训练，两个训练模式的区别是健侧是被动训练还是主动训练。患者上肢放于支撑结构1处，手部握在手柄上，此处假设患者手部能正常抓握。下面将对两种训练模式做进一步描述。
1、健侧肢被动运动模式。
（1）参看图1，置于健侧手柄的IMU测量系统负责采集腕关节运动信息，获取腕关节的角度信息，通过连接总线、连接板将采集到的数据发送至MCU，MCU通过RS485与计算机进行通信，将采集到的数据值在计算机上显示，计算机存储此时的数据，以备后续使用。
（2）由计算机存储的健侧腕关节的运动数据，通过RS485传输到MCU微控制器，继而通过PWM技术将MCU存储的运动数据用于控制双侧机器人的两个电机同时运动。
（3）若在训练期间，患侧腕关节感觉到疼痛，或者扭矩传感器检测到患者痉挛，计算机立即停止对电机的控制。
（4）返回步骤（1）,减小腕关节的运动范围，将此次的运动数据存储，继续（2）、（3）步骤，若训练强度适合，则按此运动范围训练，若训练强度过大，重复步骤（4）直至运动强度适合康复训练，记下此次的运动角度范围，以用于后续的康复训练的评估。
2、健侧肢主动运动模式。
（1）在关闭健侧机器人的电机开关时，参看图1，置于健侧手柄的IMU测量系统负责采集腕关节运动信息，获取腕关节的角度信息，通过连接总线、连接板将采集到的数据发送至MCU，继而通过PWM技术将MCU存储的运动数据用于控制患侧机器人的电机运动，带动患侧腕关节做相应的训练。
（2）若在训练期间，患侧腕关节感觉到疼痛，或者扭矩传感器检测到患者痉挛，则及时调整健侧腕关节的运动范围，为了保证患者安全，在首次训练时，健侧腕关节的运动范围不要过大。
参照图1，上述所说的电机带动腕关节运动，有两种运动方式：腕关节屈伸、展收。
1、腕关节屈伸。
手柄的一端的螺纹孔与机器人的螺纹柱相连接，手柄垂直放置，患者的手部握着手柄，上肢前臂置于夹板13中间，电机转动带动传动装置的同步带轮，经由同步带带动转轴运动，继而转轴的连杆机构带动腕部进行屈伸康复运动。
2、腕关节展收。
手柄中部的螺纹孔与机器人的螺纹柱相连接，手柄水平放置，患者的手部握着手柄，上肢前臂置于夹板13中间，电机转动带动传动装置的同步带轮，经由同步带带动转轴运动，继而转轴的连杆机构带动腕部进行展收康复运动。
参考图2，为本发明的肌电信号采集装置的原理框图, 用于接收患侧肢体的信号，并将患侧肢体的信号发送到信号放大器,信号放大器将处理后的信号发送到数据采集盒,数据采集盒将采集到的信号发送给计算机，如果计算机检测的信号为肌肉疲劳或痉挛状态，计算机立即停止电机转动，停止腕关节康复训练，以避免损伤患者，记下此时采集的患侧肢体的肌肉信息，以便用于在训练一段时间后，对患者康复效果的评估。
参照图3，置于两机器人手柄的IMU测量系统，各自测量的数据，存储于MCU微控制器，继而传输到计算机，将两组数据进行对比，可以察看患侧所应达到的康复效果，而且也能随时察看患者的恢复情况。
尽管上面对本发明的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (4)
1.一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，包括计算机、两个机器人、最小控制系统、两个惯性运动单元（inertia motion unit, IMU）测量系统、反馈模块,其特征在于：所述两个机器人，健侧机器人和患侧机器人，各个机器人包括支撑结构、传动装置、圆柱形手柄、螺纹柱、开发板、电源模块、扭矩传感器、扭矩信号转化模块、电机、电机驱动模块，其中支撑结构有两层，第一层为放置患者上肢的支撑板，第二层为一个不锈钢平台，其中支撑板有一个弧形通孔，所述传动装置由同步带、同步带轮、转轴、刚性平板组成，所述圆柱形手柄与机器人是可分离的，手柄的一端以及中部有螺纹孔，该螺纹孔是与机器人的螺纹柱相配合的，所述扭矩传感器与电机通过联轴器连接，所述最小控制系统置于患侧机器人的开发板上，该最小控制系统包括：单片机、陀螺仪模块、控制程序，计算机与最小控制系统通过RS485进行通信，所述IMU由3D加速度计，陀螺仪，磁力计和A/D转换器组成，置于机器人手柄的外围套筒里，所述反馈模块通过SPI与最小控制系统进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，其特征在于：所述的两个机器人，一个用于控制健侧腕关节运动，另一个控制患侧腕关节进行运动。
3.根据权利要求1所述的一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，其特征在于：所述的健侧机器人有两种训练模式：模式一，电机带动健侧腕关节被动运动；模式二，健侧腕关节主动运动。
4.根据权利要求1所述的一种缓解腕关节痉挛的镜像装置，其特征在于：所述的反馈模块为表面肌电采集器，在训练过程中，表面肌电传感器通过SPI，把检测到的肌肉疲劳和痉挛信息传给最小控制系统，由最小控制系统控制电机模块立刻停止对腕关节康复训练，以避免损伤患者。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108553831A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-09-21 | 深圳市铭轩高科有限公司 | 一种腕关节训练系统 |
| CN110013419A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-16 | 上海大学 | 一种双臂康复机器人及训练方法 |
| CN111297659A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-19 | 合肥工业大学 | 一种肌张力异常缓解器及其使用方法 |
| CN111529326A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-08-14 | 安徽医科大学第二附属医院 | 一种肌痉挛缓解器及其使用方法 |
| CN111529327A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-08-14 | 安徽医科大学第二附属医院 | 肌痉挛缓解器及其使用方法 |
| CN112022161A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-04 | 南京理工大学 | 一种上肢痉挛测量装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101061984A (zh) * | 2006-04-29 | 2007-10-31 | 香港理工大学 | 利用肌电信号提供机械帮助的康复机器人系统及训练方法 |
| CN104666047A (zh) * | 2013-11-28 | 2015-06-03 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 基于生物信息感知的双侧镜像康复系统 |
-
2017
- 2017-11-23 CN CN201711177514.4A patent/CN107753242A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101061984A (zh) * | 2006-04-29 | 2007-10-31 | 香港理工大学 | 利用肌电信号提供机械帮助的康复机器人系统及训练方法 |
| CN104666047A (zh) * | 2013-11-28 | 2015-06-03 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 基于生物信息感知的双侧镜像康复系统 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108553831A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-09-21 | 深圳市铭轩高科有限公司 | 一种腕关节训练系统 |
| CN110013419A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-07-16 | 上海大学 | 一种双臂康复机器人及训练方法 |
| CN111297659A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-19 | 合肥工业大学 | 一种肌张力异常缓解器及其使用方法 |
| CN111529326A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-08-14 | 安徽医科大学第二附属医院 | 一种肌痉挛缓解器及其使用方法 |
| CN111529327A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-08-14 | 安徽医科大学第二附属医院 | 肌痉挛缓解器及其使用方法 |
| CN111529327B (zh) * | 2020-04-02 | 2022-11-04 | 安徽医科大学第二附属医院 | 肌痉挛缓解器 |
| CN111297659B (zh) * | 2020-04-02 | 2024-05-31 | 合肥工业大学 | 一种肌张力异常缓解器及其使用方法 |
| CN112022161A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-04 | 南京理工大学 | 一种上肢痉挛测量装置 |
| CN112022161B (zh) * | 2020-08-19 | 2023-08-04 | 南京理工大学 | 一种上肢痉挛测量装置 |
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